При какой температуре замерзает вода?

23 ноября 2021

Многие уверены в том, что вода начинает леденеть при температуре ниже нуля градусов. Однако это происходит не всегда. Есть условия, при которых она сохраняет свое изначальное жидкое состояние даже при больших отрицательных температурах. Не верите? Вот вам голые факты.

Перед прочтением, хотим вставить короткую ремарку. Мы продаем и устанавливаем фильтры для воды более 10 лет, и твердо уверены в их эффективности, пользе для здоровья и экономической выгоде. Абсолютно все наши клиенты довольны результатом. Так что если у Вас еще нет фильтра для получения питьевой воды – задумайтесь, а мы предоставим лучшие условия.

Как замерзает вода?

Как известно вода состоит из молекул, которые немного связаны между собой и стремятся к воссоединению. Всё довольно просо, при высоких температурах начинается отдаление молекул, а при низких температурах сближение. Под влиянием низких температур их движение замедляется и они, соединяясь, образовывают кристаллическую структуру. Кристаллизация, или же замерзание это превращение воды в лёд, переход в твёрдое состояние.

Что влияет на градус замерзания воды?

Представим, что у нас есть идеальная среда с температурой ровно 0°C – общеизвестно, что вода замерзает именно при этом градусе – и в эту среду мы помещаем кусочек льда и воду в жидком состоянии. Что произойдет? Собственно, ничего: вода не замерзнет, а лед не начнет таять. Объяснение в том, что в данной модели нет условий для фазового перехода.

Простыми словами: помимо снижения температуры до определенного градуса, на замерзание воды влияют и другие факторы. Один из них – атмосферное давление, которое создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. И температура замерзания воды находится в прямой зависимости от давления.

Влияние наличия примесей в воде при замерзании

Также, кроме давления и температуры, на замерзание воды влияет ее состав: в ней в том или ином количестве находятся органические и минеральные частицы, то есть кусочки глины, песка, пыли. Когда температура в окружающей среде снижается до необходимого градуса, вокруг этих частиц образуются кристаллы: кусочки пыли, песка, камня выполняют роль ядрового центра, вокруг которого начинается процесс кристаллизации.

А в дистиллированной (очищенной) воде процесс замерзания протекает иначе: поскольку в ней нет потенциальных ядер кристаллизации, вода может охладиться до минусовой температуры, но не замерзнуть.

Итак, время замерзания воды зависит от таких факторов:

  • атмосферное давление в окружающей среде;
  • температура воздуха;
  • количество жидкости;
  • ее химический состав;
  • в какой емкости находится H2O (или отсутствие емкости).

Влияние глубины на замерзание воды

Чем глубже происходит погружение в водную толщу, тем больше становится ее сила. Глубина прямо влияет на увеличение давление. Это значение возрастает пропорционально.

Чем глубже, тем больше плотность водной толщи. С каждым последующим опусканием тела возникает все большая разница между внешним и внутренним водным давлением.

На поверхности действует атмосферное давление. При опускании в воду помимо него тела начинают испытывать еще и гидростатическое сдавливание.

Даже на мелководье на тело оказывается суммарное влияние, состоящее из атмосферного и гидростатического. При нырянии внешнее воздействие на тело возрастает. Возникает разница из-за увеличения плотности среды.

Верхние слои давят на нижние. За счет этого возникает сдавливающая сила на глубоководье. При этом ее показатель на одной глубине один и тот же по всем направлениям.

Влияние давления на процесс кристаллизации воды

Если разобраться о взаимосвязи давления и кристаллизации воды, то всё довольно просто.

Чем выше давление, тем скорость преобразования воды в кристаллы льда ниже, а температура кипения выше!

Вот и весь секрет, а если логически подумать, то при понижении давления, все показатели идут в обратные стороны. Поэтому в горах сложно что — то сварить, так как температура, при которой кипит вода, не доходит до ста градусов Цельсия. И наоборот лёд плавится даже при низких температурах.

Как влияет тип воды на замерзание?

Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды, она не содержит сторонних примесей.

В ней отсутствуют ядра кристаллизации, и поэтому она замерзает только при очень низких температурах – эксперименты показали, что при -42°С.

Физики называют такую жидкость переохлажденной. Любопытно, что если постучать по сосуду с такой дистиллированной водой, она практически моментально превратится в лед.

В лабораторных условиях проводились эксперименты, при которых давление увеличивали до очень высоких значений, так что дистиллят замерзал только при -70°С.

Что касается остальных растворов, то здесь, помимо давления, важную роль играет еще и плотность – например, у соленой воды она намного выше.

Но при этом при отрицательных температурах частицы соли как бы выталкиваются. И если растопить многолетний морской лед, то окажется, что он состоит из пресной воды, даже пригодной для питья.

Замерзание дистиллированной воды

После прохождения нескольких этапов очистки она уже не содержит в своем составе примеси и прочие компоненты, которые могли бы стать ядром кристаллизации при замерзании. Поэтому образование льда в такой воде происходит только при температуре -42 градуса.

Современным ученым удалось настолько очистить воду, что она начинала мерзнуть только при температуре -70 градусов Цельсия. Благодаря этому невероятному свойству ее назвали переохлажденной.

Кстати, если добавить в дистиллированную жидкость немного снега, песочка или льда, то она мгновенно замерзнет под действием низкой температуры (образуя красивые длинные кристаллы).

Замерзание соленой воды

Если очищенная вода мерзнет при очень низких температурах, то когда же леденеет соленая вода? Это происходит при температуре -1,9 градусов Цельсия. Значить все моря нашей планеты замерзают при одинаковой отрицательной температуре? Нет, это не так. Существует различные факторы, которые делают показатель замерзания воды непостоянным. Речь идет о концентрации солей и о территориальном расположении:

  • Каспий леденеет уже при -0,5 градусах Цельсия;
  • Азовское море мерзнет при температуре -0,7 градусов;
  • Японское море вообще не леденеет, это связано с тем, что в нем содержится чрезвычайно много соли (34 промилле);
  • Балтийской море мерзнет уже при 0 отметке (это же происходит и с пресными водоемами, реками).

Учитывая данное непостоянство, ученые решили определить средний показатель замерзания воды всех морей мира – он составил -4 градуса Цельсия.

Степень солености воды напрямую влияет на температуру ее замерзания. Чем больше соли, тем дальше от 0 °C должна опуститься отметка на термометре, чтобы вода превратилась в лед.

Например, океанская вода начинает превращаться в лед где-то на отметке -1,9 °C. Отсюда возникает сопутствующий вопрос «А как же рыба?». У тех представителей рыбного мира, что водятся в полярных морях, кровь замерзает при -0,5 °C. Оказывается, их организм производит белки, вбрасываемые в кровь, которые тормозят процесс кристаллизации.

Температура кристаллизации водных растворов

Вода служит хорошим растворителем и поэтому легко соединяется с другими веществами. Полученные растворы, конечно же, будут замерзать при разных условиях. Рассмотрим пару вариантов температурных критериев для замерзания разных растворов на основе воды.

  • Вода и спирт. При большом количестве спирта в воде,процесс замерзания начнётся при наличии очень низких температур. К примеру, при соотношении 60% воды на 40% спирта, кристаллизация начнётся при наличии минус 22,5°C.
  • Вода и соль. Температура, при которой произойдёт замерзание напрямую связано со степенью солёности воды. Принцип таков, чем больше соли в воде, тем ниже температура кристаллизации. С показателями содержания соли напрямую связано как замерзает морская вода.
  • Вода и сода. Температура кристаллизации раствора 44 процентов, составляет плюс 7°C.
  • Вода и глицерин, при соотношении 80% на 20%, где 80 – это глицерин, а 20 – это вода, для замерзания раствора нужно наличие — 20°C.

Все температурные значения колеблются в зависимости от степени концентрации чужеродных растворов или иного вещества в воде.

Как происходит процесс замораживания воды?

Снижение температуры замерзания при увеличении давления имеет физическое обоснование.

Пресная жидкость при замерзании расширяется примерно на 10%. У соленой морской воды расширение будет меньшим, но оно все равно происходит.

Поэтому, когда внешнее давление растет, то температура замерзания снижается. Суть процесса замерзания состоит в кристаллизации воды.

Но в отличие от других жидкостей, вязкость воды при увеличении давления уменьшается. Что и обусловило более медленные процессы кристаллизации.

Это объясняется структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для того, чтобы процесс начался, нужен центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.

Как заморозить воду?

Особенности кристаллизации воды широко используются при ее очистке и смягчении. Вместо долгого кипячения, делающего воду мертвой, и отстаивания, которое позволяет избавиться лишь от хлора и газов, для получения идеально чистой воды существует технология вымораживания.

Вода, которая течет из крана, содержит не только грязь и ржавчину из труб, но соли, металлы, хлор, ненужные примеси, их можно убрать способом заморозки-разморозки, получив в итоге полезную талую воду. Этим способом можно очищать воду в домашних условиях, но есть ряд неудобств:

  • необходима морозильная камера с низкими температурами;
  • степень замерзания воды нужно постоянно контролировать;
  • получается не более 60% чистой воды на выходе;
  • для лучшего эффекта замораживать желательно не менее пяти литров воды.

Конечно, если у человека есть время, желание и возможность очищать воду вымораживанием дома, это неплохо. Но промышленные технологии куда точнее и эффективнее, используют методы шоковой и медленной заморозки по Лабзе, Муратову, Маловичко. В условиях жизни большого города и офисной работы, требующей концентрации и полного рабочего дня, тратить драгоценное время на длительные процедуры с домашней морозилкой нерационально. Надежнее поставить в офисе хороший кулер для воды с охлаждением и организовать постоянную доставку чистой воды прямо в офис. На нашем сайте можно найти телефоны доставки воды.

Замерзание пресных водоёмов

Процесс образования льда на пресноводных водоемах происходит в несколько ином температурном режиме.

  • Температура замерзания воды в озере, точно так же, как и температура замерзания воды в реке, равна нулю градусов по шкале Цельсия. Замерзание самых чистых речек и ручьев начинается не с поверхности, а со дна, на котором присутствуют ядра кристаллизации в виде частиц донного ила. Коркой льда поначалу покрываются коряги и водные растения. Стоит лишь донному льду подняться на поверхность, как река мгновенно промерзает насквозь.
  • Замерзшая вода на Байкале иногда может охлаждаться до отрицательных температур. Происходит это лишь на мелководье; температура воды при этом может составлять тысячные, а иногда и сотые доли одного градуса ниже нуля.
  • Температура байкальской воды под самой коркой ледяного покрова, как правило, не превышает +0,2 градуса. В низших пластах она постепенно повышается до +3,2 на дне самой глубокой котловины.

Интересные факты о замерании воды

Если наполнить в емкость воду из крана и высыпать в нее достаточное количество соли, то она начнет замерзать при температуре -21 градус Цельсия. Также соль может запустить и обратную реакцию – она окажет эффективное воздействие на лед и заставит его таять.

Приведем еще несколько фактов об удивительном поведении воды:

  • При замерзании молекулы воды расширяются, и ее масса становится тяжелей массы льда. Лед, согласно закону Архимеда, выталкивается на поверхность. Таким образом природа закрывает коркой льда водоемы, защищая и сохраняя все живое в их глубинах.
  • Горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Звучит невероятно, но это так. Называется это явление «парадокс «Мпембы». Дело в том, что у горячей воды больше теплоотдача и более высокая насыщенность ядрами кристаллизации.
  • В вакууме при 0°C вода сначала закипает, потом одна восьмая ее испаряется, а оставшееся количество замерзает.
  • Учеными при лабораторных исследованиях была получена так называемая стеклообразная вода – аморфная твердая субстанция, из которой состоят кометы во Вселенной. Для перехода воды в такое состояние необходимо за считаные миллисекунды понизить температуру до -137 градусов Цельсия.
  • Максимальной плотность H2O будет при +4°C.

Лед, который образуется на водоемах, в реках и в морях, не позволят замерзнуть воде, которая находится под ним. При этом он сам не тонет, потому что в его структуре содержаться мельчайшие воздушные пузырьки.

Заключение

Температура промерзания воды зависит от концентрации примесей и солей в ее химическом составе. Если она совершенно чистая (или же чересчур соленая), то процесс замерзания может начаться при очень низких температурах.

 

Источники:

  • https://zen.yandex.ru/media/factusios/vy-znaete-pri-kakoi-temperature-voda-stanovitsia-ldom-net-eto-ne-0-c-5d5128f5bd639600acf9e87e
  • https://aqua-life.ua/pri-kakoy-temperature-zamerzaet-voda
  • https://vseowode.ru/prosto-o-vode/temperatura-zamerzaniya-vody.html
  • https://positroika-doma.ru/remont/zamerzanie-vody-ego-svoystva-znachenie-dlya-cheloveka
  • https://vodavomne.ru/svojstva-vody/zamerzanie-vody
  • https://o-vode.net/vodosnabzhenie/davlenie/temperatura-zamerzaniya
Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]